生物过滤法净化高浓度多组分VOCs工艺研究

【摘要】：生物废气处理技术目前多用于低浓度的臭味排放物、挥发性有机物(VOCs)和有害空气污染物。目前所安装的绝大多数生物过滤装置所处理的废气中有机物浓度均低于0.5g·m~(-3),单位立方米填料层在每小时内对污染物的去除能力低于50g有机碳(50g·m~(-3)·h(-1))。本研究探索并解决了在高去除负荷下生物过滤装置出现的关键问题,为生物过滤处理较高浓度VOCs提供可靠的科学数据。 本研究采用以堆肥-火山灰为主要填料的分段式生物过滤反应器来净化高浓度VOCs气体。以乙酸乙酯、异丙醇、甲苯以及正己烷为目标物,考察了填料中微生物经不同的基质驯化后,反应器对污染物的去除过程以及操作过程中填料中微生物可利用营养、填料pH状况的变化。探索了填料初始含水量、生物可利用氮的添加量等因素对反应器操作的影响,确立了生物过滤法去除乙酸乙酯、异丙醇和甲苯混合气的适宜条件,并探讨解决在去除高浓度乙酸乙酯和异丙醇混合气过程中生物可利用氮损失的问题。主要研究结论: (1) 由乙酸乙酯驯化的生物过滤反应器对甲苯的去除能力与由甲苯驯化的生物过滤器相当(50g·m~(-3)·h~(-1)),而对乙酸乙酯的去除能力(400g·m~(-3)·h~(-1))大于由甲苯驯化的反应器(200g·m~(-3)·h~(-1))。 填料中的微生物经乙酸乙酯驯化后,在相同操作条件下,反应器对正己烷的去除率在90%以上,而经过正己烷和空气驯化后,正己烷的去除率在80%。 (2) 同时降解乙酸乙酯和甲苯时,在停留时间接近30s,乙酸乙酯负荷在450g·m~(-3)·h~(-1)左右时,去除率在90%以上;甲苯的最大去除负荷为50g·m~(-3)·h~(-1)。在乙酸乙酯和甲苯共同存在时,微生物优先利用乙酸乙酯, (3) 在处理乙酸乙酯、异丙醇和甲苯混合气时,在乙酸乙酯和异丙醇负荷分别 大连理工大学博士学位论文 为200和120 gm一3一’,停留时间为45一905时,乙酸乙醋和异丙醇的去除率为100%; 甲苯的去除率在40%和100%之间,最大去除负荷为20 gm一,·h一’,在优化的操作条件 下,甲苯的去除率可以达到100%。 去除乙酸乙酷、异丙醇和甲苯混合气的适宜pH范围是5.7一7.4,同时填料中可溶 性氮含量不应低于0.3 mgg一’。 (4)生物过滤过程中,降解乙酸乙酷的区域,填料pH逐渐降低,而降解甲苯 的区域,填料pH略有升高。 (5)随着污染物去除过程的进行,填料中生物可利用氮的含量逐渐降低,并最 终成为影响生物过滤效率的限制因素。 在填料中补充生物可利用氮有利于生物过滤反应器的操作。在填料中加入一定 比例的花生壳,可以在污染物去除过程中缓慢释放出生物可利用氮,一并保持填料中生 物可利用氮的相对稳定。 关键词:生物过滤,乙酸乙醋,甲苯,正己烷,异丙醇,pH值,堆肥,花生壳, 水含量,氮含量